嵌入式系统的发展现状和发展趋势

摘 要：当今信息时代，嵌入式系统的应用无处不在，而ARM嵌入式系统应用市场份额约占75%。本文从嵌入式系统的历史入手，进而分别从ARM的定义、应用等方面探讨了ARM嵌入式系统发展的现状及其未来的发展趋势。

关键词：嵌入式系统；ARM；产业化；

一、 引言  

　　随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，嵌入式系统的应用无处不在。  

　　ARM是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC（精简指令计算机）微处理器。ARM技术日益成熟和不断发展，正在逐步渗入到我们生活的各个方面。  

　　本文从实际出发，首先介绍嵌入式系统的历史发展，随之重点阐述了由ARM微处理器构成的嵌入式系统（简称ARM嵌入式系统）的基础知识，从而引申出了ARM发展的现状，最后分析了ARM技术的发展趋势。

二、 嵌入式系统的历史

1.嵌入式系统的产生

　　电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。

　　2.嵌入式出现的意义

　　由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。

　　通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

　　如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。

　　3. 早期嵌入式的发展道路

　　通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。

　　嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

三、ARM的概念

1.嵌入式系统的基本概念

    ARM是Advanced RISC Machines的缩写，是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC处理器、相关技术及软件。  

ARM技术有很好的性能和功效，其合作伙伴包括世界许多顶级的半导体公司。目前，共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、PHILIPS和国家半导体这样的大公司。可以说，ARM不仅仅代表一个公司，代表了一类微处理器，代表了一种技术，还代表了一种新型的产业发展模式。

2.ARM微处理器的特点 

    采用RISC体系架构的ARM微处理器一般有如下特点:  

　　（1）体积小、低功耗、低成本、高性能；  

　　（2）支持Thumb(16位)/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；  

　　（3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；  

　　（4）大多数数据操作都在寄存器中完成；  

　　（5）寻址方式灵活简单，执行效率高；  

（6）指令长度固定。

 3.ARM微处理器的指令结构

　ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％-40％以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。 

4、ARM技术的应用领域  

现在，嵌入式技术无处不在，ARM几乎成为嵌入式技术的代名词。作为一种16/32位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，ARM微处理器目前已经成为应用广泛的嵌入式微处理器。ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。工业控制领域、无线通讯领域、网络应用、消费类电子产品、成像和安全产品。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。  

5、ARM的现状

目前可以提供ARM芯片的著名欧美半导体公司有：英特尔、德洲仪器、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas,Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetSilicon，Parthus。见表5。日本的许多著名半导体公司或东芝、三菱半导体、爱普生、富士通半导体、松下半导体等公司较早期都大力投入开了自主的32位CPU结构，但现在都转向购买ARM公司的芯核进行新产品设计。由于它们购买ARM版权较晚，现在还没有可销售的ARM芯片，而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半导体公司目前都已经已经指生产了ARM芯片。韩国的现代半导体公司也生产提供ARM芯片。另外，国外也很多设备制造商采用ARM公司芯核设计自己的专用芯片，如美国的IBM、3COM和新加坡的创新科技等。我国地区可以提供ARM芯片的公司台积电、台联电、华帮电子等。其它已购买ARM芯核，正在设计自主版板权专用芯片的公司会为通讯中兴通讯等。 

6、ARM的发展前景

现在，嵌入式技术无处不在，ARM几乎成为嵌入式技术的代名词。作为一种16/32位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，ARM微处理器目前已经成为应用广泛的嵌入式微处理器。ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。  

　　随着市场需求的增大，嵌入式系统的产业化发展是其不可避免的趋势，市场需为嵌入式系统产业化发展注入巨大推动力。嵌入式系统的市场是巨大的，市场需求是嵌入式系统产业化发展的巨大推动力。据报告，10%～20%的计算机芯片是为台式或便携式电脑设计的，80%～90%的计算机芯片是为嵌入式设备设计的，这意味着每年有10亿至20亿个CPU是为嵌入式设备设计制造的。2003年，全球嵌入式系统产品的产值已达2000亿美元，估计全世界嵌入式系统产品潜在的市场将超过10 000亿美元。世界范围内嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元。  

六、结语

随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，ARM技术将会不断的变化和进步，ARM技术的应用领域会再次扩大，ARM技术带来的工业产值将会剧增，ARM技术产品的市场前景更加美好。总之，ARM技术的不断创新会给人类社会生活带来奇迹和享受。

七、参考文献    

［1］周立功.ARM嵌入式系统基础教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.  

［2］郑文波，曹金安.嵌入式系统的产业化发展——市场、技术与前景［J］.自动化博览，2005，(1):17.  

［3］吕京建,肖海桥. 嵌入式处理器分类与现状. http :PPwww. bol -system. com

［4］吕京建,肖海桥. 面向二十一世纪的嵌入式系统综述. http :PPwww. bol - system. com

［5］ 吕京建,等. 嵌入式Internet 技术及其应用. http :PPwww. bol - sys2tem. com